¿Se Congeló el Hades?

¿Se Congeló el Hades?

Por :Heber Rizzo

Inicialmente, la superficie de nuestro planeta era un guisado quemado y derretido, en unos pocos millones de años todo cambió.

Por: Leslie Mullen, Science Communications

Inicialmente, la superficie de nuestro planeta era un guisado quemante
y derretido. En el lapso de unos pocos millones de años, la corteza se enfrió y el vapor de agua se precipitó en forma de lluvia para formar los océanos, donde la vida pudo hacer su primera aparición.

Inicialmente, la superficie de nuestro planeta era un guisado quemante y derretido. Estas infernales condiciones iniciales inspiraron a los científicos, que llaman a ese período de hace 4.500 millones a 3.800 millones de años la era “Hadeana”.

Pero la Tierra no estuvo completamente fundida durante todo el período Hadeano. En el lapso de unos pocos millones de años, la corteza se enfrió y el vapor de agua se precipitó en forma de lluvia para formar los océanos, aunque el interior del planeta permaneció todavía muy caliente. Se piensa que muy poco después la vida hizo su primera aparición sobre la Tierra, ya fuera en los océanos recientemente creados, o en la arcilla o en las rocas dentro de la corteza terrestre.

En esa época, el sol era mucho más tenue de lo que es hoy día: su brillo ha estado aumentando continuamente desde que se formó el sistema solar. Sin embargo, la evidencia geológica nos dice que aún después de que la Tierra se enfrió a partir de sus condiciones iniciales de materiales fundidos, hace unos 3.800 millones de años era todavía tan caliente que no había glaciares. En otras palabras, era mucho más cálida entonces de lo que es hoy día.

¿Cómo pudo un sol más frío hacer que el planeta fuera más caliente?. Algunos han sugerido que grandes cantidades de gases de invernadero, como el dióxido de carbono (CO2) puede haber atrapado el calor. Pero un estudio que publicó la Revista de Investigación Geofísica - Planetas (Journal of Geophysical Research - Planets) realizado por Norman Sleep y Kevin Zahnle mantiene que la Tierra tenía muy poco CO2 en su atmósfera durante las eras Hadeana y Arcaica (de hace 3.800 millones a 2.500 millones de años).

Sleep y Zahnle llegaron a esta conclusión al analizar las implicaciones de las diferencias entre la Tierra moderna y la temprana. Por un lado, la Tierra primitiva tenía un ciclo de tectónica de placas más rápido en la era Hadeana tardía y a través de toda la era Arcaica. Este ciclo más activo tendía a sepultar más CO2 en la corteza y en el manto, a medida que las movedizas placas tectónicas araban los carbonatos y otros minerales hacia abajo de la superficie del planeta.

También hacen notar que la Tierra primitiva fue bombardeada por muchos cometas y asteroides, especialmente durante la era Hadeana. Las eyecciones resultantes de los impactos, dicen, deberían haber reaccionado con el CO2, reduciendo aún más la cantidad libre de dicho gas en la atmósfera.

“Los asteroides y los cometas expulsan grandes cantidades de material de sus cráteres cuando golpean la Tierra,” dice Sleep. “El material eyectado es finamente granulado, a menudo vidrioso, y muy reactivo. Reaccionó con el CO2 disponible en el aire y en el océano. Ésto mantuvo a dicho gas en niveles muy bajos en la Tierra primitiva. Sería un poco como tener un barredor de CO2 en los alrededores.”

Con poco CO2 en la atmósfera, y a menos que otros gases de invernadero fueran abundantes durante las eras Hadeana y Arcaica, no habría nada que impidiera que el calor escapara hacia el espacio.

¿Cómo, entonces, pudieron las eras Hadeana tardía y Arcaica temprana ser tan cálidas?. Los científicos sugieren que el metano podría haberse ido incrementando lentamente durante la era Hadeana, y que hace aproximadamente unos 3.800 millones de años pudo ser lo suficientemente abundante como para calentar la Tierra.

Si bien Sleep admite que el metano habría sido escaso antes de la llegada de la vida, sugiere que el metano pre-biótico pudo haber sido producido por reacciones químicas entre el agua y el hierro metálico de los asteroides.

Este metano pre-biótico pudo haber ayudado a impulsar el desarrollo de la vida en el planeta. Entonces, luego de que la vida hubo emergido, organismos productores de metano podrían haber elevado suficientemente los niveles de metano atmosférico como para mantener cálido al planeta.

La Vida en el Hielo

Para apoyar la teoría de que el metano pre-biótico puede haber jugando un importante papel en el desarrollo de la vida durante el Hadeano, Sleep cita los experimentos Miller-Urey llevados a cabo en la década de 1950. Estos experimentos intentaron replicar las condiciones ambientales de la Tierra primitiva para ver si se podían formar compuestos orgánicos. Cuando se incluyó al metano, los experimentos demostraron que compuestos complejos de carbono, tales como aminoácidos, eran formados por procesos no-biológicos. Esto pareció demostrar que moléculas orgánicas complejas pueden construirse a partir de moléculas orgánicas muy simples, tales como el metano.

La precisa mezcla de gases utilizada en los experimentos Miller-Urey ha venido perdiendo desde entonces el favor de los científicos, como la más probable atmósfera pre-biótica. Aún así, el metano pudo haber sido un componente de la atmósfera temprana de la Tierra.

Pero aún si el metano y el CO2 pre-bióticos formaban parte de la atmósfera Hadeana, sus niveles eran tan bajos que probablemente la Tierra de entonces fuera muy fría. De hecho, Sleep y Zahnle sugieren una variante de la hipótesis “Tierra Bola de Nieve”: que en diferentes épocas durante la era Hadeana la Tierra era tan fría que estaba casi totalmente cubierta por una corteza de hielo.

De acuerdo con la hipótesis “Tierra Bola de Nieve” apoyada por algunos científicos, la Tierra pasó por lo menos por dos y posiblemente hasta seis fases “Bola de Nieve” hace entre 750 millones y 580 millones de años. La temperatura promedio durante estos períodos de congelamiento profundo habría sido de aproximadamente 50 grados centígrados bajo cero, y una capa de hielo de hielo de kilómetros de espesor habría cubierto la mayor parte de la superficie del planeta. Probablemente, los volcanes punteaban el paisaje, expulsando gases y creando aisladas zonas de calor. Excepto una minúscula fracción, casi todos los organismos primitivos del planeta sobre la superficie habrían muerto.
Aunque la era Neoproterozoica ocurrió mucho después de la Hadeana, Sleep y Zahnle ven una correlación entre su argumento sobre la falta de CO2 atmosférico en la Tierra primitiva y la hipótesis “Tierra Bola de Nieve”.

“La evidencia de algunos episodios extremadamente fríos (“Tierras Bola de Nieve” hace unos 2.300 millones de años y entre 800 y 600 millones de años atrás) indica que la pCO2 (presión parcial, o concentración de CO2) no siempre fue lo suficientemente grande como para mantener las cosas cálidas y, por lo tanto, arroja un poco más de duda sobre la hipótesis de que el CO2 fue el único gas de invernadero importante en la antigua Tierra,” dice su reporte.

Uno de los problemas que enfrenta la hipótesis “Tierra Bola de Nieve” es imaginar la forma en que la Tierra realizó la transición entre una fase “Bola de Nieve” a una fase más cálida, no solo una sino varias veces. Algunos han sugerido que la Tierra se calentó con el transcurrir del tiempo debido a enormes cantidades de CO2 atrapadas debajo del hielo.

Pero Sleep mantiene que no se podría haber acumulado mucho CO2 debido a la existencia de grandes áreas descubiertas en el hielo. Estas áreas descubiertas habrían permitido que el mar absorbiera CO2 de la atmósfera. Este intercambio aire-mar ocurre hoy en día cada vez que los niveles de CO2 entre el océano y el aire quedan fuera de balance, aún en áreas cubiertas por el hielo como la Antártida.

“La historia usual consta de una acumulación de CO2 en el aire que abruptamente hace finalizar un episodio “Bola de Nieve”,” dice Sleep. Pero “aún áreas locales de mar abierto habrían impedido una acumulación masiva de CO2 en la atmósfera, que rompiera el equilibrio con el océano.”
En cambio, Sleep sugiere que el metano atmosférico podría haberse acumulado en cantidades lo suficientemente grandes como para empujar a la Tierra fuera de sus fases “Bola de Nieve”.

Se piensa que el último episodio “Tierra Bola de Nieve” ocurrió justo antes de la Explosión Cámbrica ocurrida entre 575 millones a 525 millones de años atrás, cuando la vida experimentó un enorme salto en su evolución. La vida multicelular se diversificó a paso acelerado, formando la mayoría de los grandes grupos animales que todavía existen a nuestro alrededor. Algunos científicos creen que el medioambiente puede haber contribuido a esta explosión evolutiva, así que la última fase “Bola de Nieve”, si es que ocurrió, pudo haber jugado un papel en ella. Largos períodos de aislamiento, acompañados con medioambientes extremos en una “Tierra Bola de Nieve”, habrían probablemente contribuido al cambio genético.

¿Pero podría la vida haberse originado durante una Tierra Hadeana “Bola de Nieve”?. La teoría popular de los orígenes de la vida tiene lugar en ventilas abrasadoramente calientes en el fondo de los océanos, pero Sleep piensa que mucho más probablemente la vida se originó bajo condiciones frías.

“Un ciclo congelamiento-deshielo provoca desequilibrio químico, generando así la energía para la vida,” dice Sleep. “Las ventilas hidrotérmicas también proveen de desequilibrio, pero es mucho más fácil comenzar la vida alrededor del punto de congelamiento del agua que del punto de ebullición un organismo inepto-T (un organismo que no puede manejar altas temperaturas) puede funcionar con poco.”
“Aún así, no queda claro si ésto puede ocurrir aquí en la Tierra o en Marte o aún en cualquier otro lado del sistema solar interior. Pero hay mucha vida y fotosíntesis dentro del moderno hielo marino. El congelamiento concentra fluidos al utilizar agua para hacer hielo, y también aísla numerosos microambientes en los restantes fluidos (o salmuera) dentro del hielo.”

¿Qué Sigue a Continuación?

Para el futuro. Sleep espera comprender mejor el papel que el dióxido de carbono cumplió en el medioambiente temprano de la Tierra. Otra meta de su trabajo es calcular la línea temporal de las condiciones ambientales poco después de que formara la Luna. Nuestro satélite se formó durante la era Hadeana, cuando dos cuerpos de tamaño planetario colisionaron. El más grande de los cuerpos resultantes llegó a ser la Tierra y el más pequeño se convirtió en la Luna.

“Estamos intentando cuantificar aún más la subducción del CO2 y calcular por cuánto tiempo duraron las condiciones cálidas en la Tierra luego del impacto que formó la Luna,” dice Sleep. Pero este trabajo será difícil ya que los registros de las rocas solamente llegan hasta 3.800 millones de años atrás. “No existen sobre la Tierra rocas intactas anteriores a esos tiempos,” pero “podría haber alguna información en muy antiguos cristales de circonio existentes en sedimentos más jóvenes.”